Publicado em 21 de dezembro de 2023.

A eletrofiação, um campo dinâmico na interseção da nanotecnologia,
ciência dos materiais e engenharia, testemunhou um progresso notável ao
longo do século passado e atrai cada vez mais a atenção de pesquisadores,
engenheiros e estudantes. Com sua capacidade de produzir fibras em nanoescala
e arquiteturas exclusivas, a eletrofiação abriu caminho para avanços inovadores
e novas aplicações em vários domínios. É com grande prazer que escrevo o
prefácio para este livro abrangente, dedicado a desvendar os fundamentos e
explorar as diversas aplicações da eletrofiação e das nanofibras eletrofiadas.
Daniel Souza Corrêa e Luiza Amim Mercante reuniram com sucesso um grupo
de pesquisadores experientes para organizar esta excelente compilação dos
mais importantes aspectos da área.
Este livro, publicado no formato open access, serve como um guia gratuito
para pesquisadores e estudantes que buscam entender as complexidades da
eletrofiação. Detalhes técnicos, procedimentos experimentais e discussões
aprofundadas sobre vários aspectos desta técnica estão presentes nesta
compilação. Este conteúdo não apenas capacita os leitores a compreender os
princípios fundamentais, mas também a explorar novos horizontes, ampliando
os limites da técnica. A integração da eletrofiação com outras tecnologias de
ponta tem o potencial de revolucionar indústrias, solucionar desafios complexos
e melhorar nossa qualidade de vida.
A estrutura do livro, organizado por Daniel e Luiza, está dividida em duas
partes principais. Na primeira delas, o Capítulo 1 mostra o desenvolvimento histórico
da eletrofiação, desde as primeiras discussões sobre gotículas carregadas por
Lord Rayleigh na segunda metade do século XIX, até as máquinas industriais. Os
avanços feitos ao longo dos anos dão testemunho da evolução de configurações
experimentais rudimentares para instrumentação sofisticada que permite um
controle preciso sobre os parâmetros de processamento. Compreender os
princípios fundamentais e os mecanismos envolvidos na eletrofiação é crucial; os
Capítulos 2 e 3 fornecem uma visão abrangente, elucidando a complexa interação
entre campos elétricos, propriedades da solução e condições ambientais, tanto
do ponto de vista teórico como experimental. Enquanto o Capítulo 2 detalha os
aparatos experimentais, parâmetros de controle e tipos de fibras eletrofiadas, o
Capítulo 3 discute a modelagem matemática do processo de eletrofiação, com
base na eletrodinâmica.
A caracterização e análise de fibras eletrofiadas são vitais para avaliar
sua adequação para aplicações específicas. No Capítulo 4, os autores discutem
várias técnicas para examinar a morfologia, propriedades mecânicas, térmicas e
composição química das fibras eletrofiadas. Ao empregar microscopia avançada,
testes mecânicos e métodos espectroscópicos, os pesquisadores podem obter
informações valiosas sobre a estrutura e o comportamento das fibras obtidas.
Após a introdução destes conceitos básicos, o livro explora a diversidade
de aplicações que surgiram com a evolução da técnica de eletrofiação, iniciando
com o uso de biopolímeros e resíduos industriais (Capítulo 5), em uma abordagem
sustentável. As aplicações biomédicas aparecem a seguir, mostrando um
progresso notável nas áreas de liberação controlada de solutos por hidrogéis
baseados em fibras eletrofiadas (Capítulo 6), engenharia de tecidos (Capítulo 7)
e curativos inteligentes para o tratamento de feridas (Capítulo 8). Os benefícios
da técnica de eletrofiação para o setor de meio ambiente e remediação ambiental
também são discutidos, através de novos elementos filtrantes e membranas para
remoção de poluentes na atmosfera (Capítulo 9) e em meio líquido (Capítulo
10), assim como a biofixação de CO2 em cultivos de microalgas (Capítulo 13),
reduzindo efeitos deletérios dessa molécula nas mudanças climáticas.
Com implicações também na área de sensoriamento e remediação
ambiental, o uso de fibras eletrofiadas em processos fotocatalíticos e sensores
químicos são discutidos nos Capítulos 11 e 12, respectivamente. Nesses casos,
a incorporação de nanomateriais abre um amplo espectro de possibilidades para
adaptar as propriedades e funcionalidades das fibras eletrofiadas. Com isso,
os pesquisadores podem fabricar novas estruturas complexas, com controle
sobre composição, morfologia e desempenho. Entre elas, há também aplicações
específicas na área de alimentos, como as embalagens ativas, que agregam
propriedades antimicrobianas ou antioxidantes capazes de manter o alimento
viável por mais tempo, através da absorção e/ou emissão de substâncias. Por
outro lado, as embalagens inteligentes também podem se basear em fibras
eletrofiadas; estas embalagens integram sensores de pH, O2 e temperatura,
que podem determinar se o alimento está válido para consumo ou deteriorado,
por exemplo. O capítulo 14 discute este tipo de aplicações, que têm impactos
econômicos óbvios.
Um outro campo onde as fibras eletrofiadas estão sendo cada vez mais
utilizadas é na geração e armazenamento de energia. No primeiro caso, as
fibras eletrofiadas têm sido bastante utilizadas em células solares tipo DSSC,
sensibilizadas por corantes, e em células à base de perovskitas orgânicas. O
uso das fibras eletrofiadas em células fotovoltaicas orgânicas, por outro lado,
ainda está nos seus primórdios, devido às dificuldades no processamento dos
polímeros condutores, como discutido no Capítulo 15. Já o armazenamento de
energia pode ocorrer em dispositivos tipo bateria e supercapacitores, nos quais
fibras eletrofiadas são usadas como eletrodo, e células de combustível onde a
membrana eletrolítica incorpora estas fibras. O Capítulo 16 deste livro cobre em
detalhes estas aplicações, bem como os tipos de materiais mais utilizados.
Dispositivos de geração e armazenamento de energia, assim como
sensores, também podem ser integrados em dispositivos vestíveis, baseados em
materiais flexíveis – em particular, os baseados em nanofibras eletrofiadas. Os
avanços neste tipo de tecnologia, descritos no Capítulo 17 deste livro, impactam
principalmente a área da saúde, com sistemas de monitoramento remoto de
indicadores médicos tipo pele eletrônica. Do inglês e-skin, estes dispositivos
eletrônicos podem imitar as funcionalidades da pele humana, e cada vez mais a
eletrofiação é utilizada como método de sua fabricação.
Ainda considerando dispositivos, o Capítulo 18 descreve aplicações
relacionadas à fotônica. Pulsos laser ultra-curtos, com alta intensidade, são
usados para o processamento de estruturas complexas e pré-definidas, a partir
de fibras eletrofiadas, em uma abordagem de microfabricação. Outra utilização
para nanofibras eletrofiadas, com a incorporação de materiais luminescentes,
está na construção de lasers aleatórios flexíveis. Neste caso, a radiação laser
está associada ao espalhamento múltiplo em um meio de ganho desordenado,
em um processo de fabricação bem mais simples que os de lasers convencionais.
Finalmente, nenhuma destas aplicações sairia da prova de conceito
dos laboratórios de pesquisa se não fosse a possibilidade de produção por
eletrofiação em larga escala. É exatamente este o tema discutido no Capítulo
19 deste livro, que aborda as estratégias de produção e empresas – inclusive
startups brasileiras – que se dedicam à produção de fibras eletrofiadas para os
diferentes tipos de produção. As atuais tendências de uso em novas aplicações
que impulsionam a inovação, juntamente com os obstáculos e limitações que os
pesquisadores devem superar, também são abordados no Capítulo 19.
Daniel e Luiza, bem como o grupo de autores por eles reunido, proporcionam
uma compreensão abrangente da eletrofiação para pesquisadores e estudantes,
além de aplicações industriais. Parabenizo os editores por sua notável iniciativa
em compilar este extenso recurso, apresentando os fundamentos e os avanços
mais recentes neste campo em constante evolução.
Para encerrar, convido você a embarcar nesta jornada pelo universo da
eletrofiação. Seja você um pesquisador experiente, um aspirante a cientista
ou um estudante curioso, este livro serve como uma porta de entrada para
desvendar as complexidades, explorar as possibilidades ilimitadas e vislumbrar
o futuro dessa técnica. Espero que você considere este recurso esclarecedor
e inspirador, à medida que se aprofundar nos domínios da eletrofiação e suas
aplicações.
Desse modo, convido você a embarcar nesta leitura agradável, de
descoberta e exploração dos insights essenciais sobre a eletrofiação. Espero
que este livro sirva como um catalisador para suas próprias contribuições a esse
campo notável.

Bem-vindo/a ao cativante universo da eletrofiação. Boa leitura!
Profa. Mônica Alonso Cotta
Instituto de Física Gleb Wataghin – Universidade Estadual de Campinas
(Unicamp)
Presidente da Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais - SBPMat